I. อลูมิเนียมกับเพชร
ด้วยการมาถึงของยุคพลังการประมวลผลของ AI โซลูชันการนำความร้อนและการกระจายความร้อนแบบเดิมๆ จึงมีความจำเป็นเร่งด่วนในการเอาชนะปัญหาคอขวด-อะลูมิเนียมโลหะมีค่าการนำความร้อนประมาณ 240 W/(m·K) ซึ่งสูงกว่าวัสดุเซรามิกส่วนใหญ่อย่างมาก ผงอลูมิเนียมทรงกลมสามารถใช้เป็นสารตัวเติมในจาระบีระบายความร้อน แผ่นระบายความร้อน หรือวัสดุเปลี่ยนเฟส- ซึ่งใช้ระหว่างชิปและแผงระบายความร้อนโลหะในสถานการณ์ที่ไม่จำเป็นต้องใช้ฉนวนไฟฟ้าหรือสามารถทำได้ผ่านการออกแบบโครงสร้าง ในทางกลับกัน เพชรมีความโดดเด่นเนื่องจากมีค่าการนำความร้อนที่ยอดเยี่ยม (ประมาณ 2000 W/(m·K) สำหรับผลึกเดี่ยวที่อุณหภูมิห้อง) และค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE) ต่ำ ไม่เพียงแต่ถือเป็นทิศทางการวิจัยที่สำคัญเท่านั้น แต่ยังได้รับการพัฒนาและนำไปใช้ในผลิตภัณฑ์ต่างๆ รวมถึงทองแดง (อลูมิเนียม)/คอมโพสิตเพชร ซิลิคอนคาร์ไบด์/คอมโพสิตเพชร วัสดุฟิล์มบาง CVD- การเคลือบอนุภาคนาโน และวัสดุ TIM ที่ผสมผสานผงไมโครเพชร
ครั้งที่สอง การวิเคราะห์ปัญหาและแนวทางแก้ไข
จำเป็นต้องมีการแนะนำสูตร "R=BLT / (γ × A)" โดยที่ R แสดงถึงความต้านทานความร้อน BLT (ความหนาของเส้นพันธะ) คือความหนาของเส้นพันธะ แลคือค่าการนำความร้อนของวัสดุ และ A คือพื้นที่สัมผัส สูตรนี้แสดงให้เห็นโดยสัญชาตญาณว่าความต้านทานความร้อนซึ่งเป็นการวัดความสามารถของวัสดุในการขัดขวางการไหลของความร้อนนั้นเป็นสัดส่วนผกผันกับการนำความร้อน BLT สามารถเข้าใจได้ง่ายว่าเป็นความยาวของเส้นทางการนำความร้อน ซึ่งเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความต้านทานความร้อน และดังนั้นจึงเป็นสัดส่วนผกผันกับการนำความร้อน
ไม่ต้องสงสัยเลยว่าเพชรมีค่าการนำความร้อนสูงกว่าอะลูมิเนียมอย่างแน่นอน อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติ "ความหนืดที่เพิ่มขึ้นอย่างมากของจาระบีซิลิโคนจะจำกัดปริมาณการเติมผงเพชร" นักวิจัย วิศวกร และช่างเทคนิคในอุตสาหกรรมผงมีความคุ้นเคยกับความท้าทายที่นาย Liu เผชิญเป็นอย่างดี วิธีแก้ปัญหาทั่วไป ได้แก่:
1, การเคลือบพื้นผิวเพื่อลดปฏิกิริยาของอนุภาคและเพิ่มความเข้ากันได้ระหว่างฟิลเลอร์และเมทริกซ์ แก้ไขปัญหาต่างๆ เช่น พลังงานพื้นผิวสูงที่ทำให้เกิดการรวมตัวกันได้ง่าย
2 การปรับสัณฐานวิทยาของอนุภาคและการกระจายขนาดอนุภาค ผงทรงกลมหรือทรงกลมช่วยให้การไหลดีขึ้นและมีความหนืดต่ำกว่า การรวมอนุภาคที่มีขนาดต่างกันทำให้อนุภาคขนาดเล็กสามารถเติมเต็มช่องว่างระหว่างอนุภาคขนาดใหญ่ ทำให้เกิดเครือข่ายการนำความร้อนที่หนาแน่นและมีประสิทธิภาพมากขึ้น โดยมีเศษส่วนปริมาตรรวมที่เท่ากันหรือต่ำกว่าด้วยซ้ำ
3 เพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการกระจายตัวหรือใช้สารเติมแต่งเพื่อให้แน่ใจว่าผงฟิลเลอร์มีการกระจายตัวอย่างเต็มที่และสม่ำเสมอ หลีกเลี่ยงความไม่ต่อเนื่องในท้องถิ่นที่อาจส่งผลต่อประสิทธิภาพโดยรวม
นอกเหนือจากวิธีการเหล่านี้ การสร้างและการปรับโครงสร้างการนำความร้อนให้เหมาะสมยังเกี่ยวข้องกับการเลือกวัสดุและกลยุทธ์การผสมผสานที่ซับซ้อนและหลากหลายมากขึ้น ตัวอย่างเช่น อนุภาคคริสตัลขนาดใหญ่-เดี่ยวมีโครงสร้างที่ดี-โดยแทบไม่มีขอบเขตของเกรนที่บกพร่อง ลดการกระเจิงของโฟนอน และปล่อยให้ความร้อนถ่ายโอนได้โดยไม่ถูกขัดขวางผ่านโครงตาข่ายคริสตัล อีกตัวอย่างหนึ่งคืออนุภาครูปทรงหลายเหลี่ยมซึ่งสามารถ "สัมผัสกันแบบหน้า-ต่อ- ใบหน้า" ระหว่างระนาบคริสตัล ซึ่งตรงข้ามกับ "การสัมผัสแบบจุด-ถึง- จุด" ของอนุภาคทรงกลม ทำให้พื้นที่การถ่ายเทความร้อนเพิ่มขึ้นอย่างมาก นอกจากนี้ สามารถใช้การทำงานร่วมกันทางสัณฐานวิทยาหลาย-องค์ประกอบหรือหลาย-ได้ เช่น การใช้เกล็ดหรือแท่ง (ที่มีอัตราส่วนกว้างยาวสูง) ที่ทำจากวัสดุชนิดเดียวกันหรือต่างกันเพื่อสร้างเครือข่ายนำความร้อนที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น